[发明专利]一种利用时空自适应形函数响应矩阵识别移动荷载的方法

说明书

本发明提供了一种利用时空自适应形函数响应矩阵识别移动荷载的方法，属于结构健康监测技术领域。解决了识别不同速度荷载时需要重构系统矩阵导致时效性下降等问题。其技术方案为：包括以下步骤：S1：测得桥梁的车致响应信号；S2：分析确定形函数的步长和数量；S3：形成空间自适应形函数；S4：将形函数作为激励施加在桥梁上模拟其响应矩阵；S5：建立基矩阵对应不同速度车载的时空分布规律；S6：通过任意速度车致响应与自适应形函数响应矩阵求逆获得形函数系数；S7：利用形函数与相应的形函数系数拟合荷载，从而识别出任意速度下的车载。本发明的有益效果为：本发明实现不同坡度桥梁上对不同速度荷载准确、快速的识别。

技术领域

本发明涉及结构健康监测技术领域，尤其涉及一种利用时空自适应形函数响应矩阵识别移动荷载的方法。

背景技术

移动荷载是影响桥梁使用寿命的主要因素之一，对其准确的监测与识别是提供“养桥”的依据，更是预防灾难性事故的关键。传统荷载识别方法主要用动态称重系统，以某大桥为例，其动态称重系统造价为579227.92元，而以结构动力响应反演移动荷载理论监测桥梁的系统在成本上可以节约近65％，因此，基于动力反演方法与动态称重系统相比具有明显的经济优势。目前识别精度较高且研究较成熟的动力反演方法包括时域法与频时域法，其本质上是利用桥梁的系统矩阵(脉冲响应矩阵)建立系统输入(移动荷载)与输出(桥梁响应)的关系，并进行逆向求解的过程。若测量噪声大、时间长或初始条件不准则极易引起系统矩阵奇异性导致识别失败。改善该问题的技术通常由正则化方法、基函数方法等，但大部分现有方法存在以下问题：1)其抑制奇异性的措施会产生额外的运算成本；2)识别不同速度荷载时需要重构系统矩阵导致时效性下降；3)未考虑桥梁坡度变化从而限制其在不同桥梁上的推广应用。

如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用时空自适应形函数响应矩阵识别移动荷载的方法。解决了识别不同速度荷载时需要重构系统矩阵导致时效性下降等问题。实现不同坡度桥梁上对不同速度荷载准确、快速的识别。

本发明的思想为：一种时空自适应形函数，首先利用形函数拟合系统矩阵，在降低系统矩阵奇异性的同时降低其维度，实现计算效率的一次提升；其次，利用时间适应技术，在预构建的形函数数据库中快速演化不同速度荷载所需系统矩阵，避免矩阵重构，实现计算效率的二次提升；最后，利用空间适应技术，实时构造贴合桥梁坡度变化的加载方式，建立准确的输入-输出关系；从而实现不同坡度桥梁上对不同速度荷载准确、快速的识别。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用时空自适应形函数响应矩阵识别移动荷载的方法，包括以下步骤：

S1：通过传感器测得桥梁的车致响应信号；

S2：基于响应信号的频域分析确定形函数的步长和数量；

S3：建立形函数对应不同桥梁坡度的空间分布规律，形成空间自适应形函数；

S4：将指定速度的空间自适应形函数作为激励施加在桥梁上模拟其响应矩阵：基矩阵；

S5：建立基矩阵对应不同速度车载的时空分布规律，基于基矩阵快速创建任意速度荷载的自适应形函数响应矩阵；

S6：通过任意速度车致响应与自适应形函数响应矩阵求逆获得形函数系数；

S7：利用形函数与相应的形函数系数拟合荷载，从而识别出任意速度下的车载。

所述步骤S1中，包括以下步骤：

S11：通过应变、加速度、动挠度等传感器测取桥梁的任意速度车致响应

所述步骤S2中，包括以下步骤：

S21，形函数的频率可由下式计算得到：